摘 要：LTE和WiMAX技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)鏈分別是由3GPP和IEEE研究、發(fā)展和推廣。雖然在技術(shù)層這兩種技術(shù)面有很強的相似性，但它們之間的競爭卻越演越烈。它們之間的競爭從兩個(gè)標準化組織分別提出各自的準4G標準（基于IEEE 802.16e的移動(dòng)WiMAX技術(shù)和基于3GPP R8的LTE技術(shù)）開(kāi)始，持續到4G標準（基于IEEE 802.16m的WiMAX 2.0和基于3GPP R10的LTE-A）的提出。表面上看，這種競爭隨著(zhù)LTE技術(shù)獲得絕對的優(yōu)勢而結束，但實(shí)際上WiMAX正計劃與LTE技術(shù)在未來(lái)的多種混合接入模式中進(jìn)行整合。
本文通過(guò)討論這兩種技術(shù)間的相似性和差異性，即一種技術(shù)相對于另一種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，找出使LTE技術(shù)在這場(chǎng)競爭中取得優(yōu)勢地位的關(guān)鍵因素，也探討了影響這兩種技術(shù)發(fā)展的諸如政策、歷史及經(jīng)濟等非技術(shù)類(lèi)因素。最后，結合當前LTE和WiMAX技術(shù)在其標準化過(guò)程中的動(dòng)向，對這兩種技術(shù)未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：LTE； WiMAX； IEEE 802.16e；IEEE 802.16m；3GPP R8；3GPP R10
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LTE and WiMAX: Comparison and Future Perspective
Abstract: Two wireless technologies， WiMAX based on IEEE standards and LTE standardized by 3GPP， are two competing technologies， nevertheless， are very technically similar。 This competition started with the advent of their pre-4G versions (802.16e for Mobile WiMAX and 3GPP release 8 for LTE) and continued with the advent of their 4G versions (WiMAX 2.0 based on IEEE 802.16 m and LTE-Advanced standardized by Release 10)。 It looks that the competition ended with the advantage of LTE。 Plans are set for WiMAX to migrate/integrate with LTE in a multiple heterogeneous access technology mode。 This article addresses the technical similarities and differences that advantage one technology over the other technology in order to determine which of these factors might have contributed to LTE winning。 Non-technical factors of commercial and historical nature which might also advantage one technology over the other one are also explored。 Finally， current activities in the standardization of both WiMAX and LTE are presented with a perspective on the prospects of both technologies。
Key words: LTE；WiMAX；IEEE 802.16e；IEEE 802.16m；3GPP R8；3GPP R10
1 引言
WiMAX（全球微波互聯(lián)接入，Worldwide Interoperability for Microwave Access）是一種由IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì )，Institute of Electrical and Electronics Engineers）提出的一種標準化技術(shù).iEEE發(fā)布了一系列標準，其中IEEE 802.16系列標準的制定開(kāi)始于2000年，目的在于提供一種無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)標準.iEEE 802.16系列標準中真正具有實(shí)用性的是2004年發(fā)布IEEE 802.16d標準[1]。這一標準是為固網(wǎng)用戶(hù)提供最后一公里的高吞吐率的無(wú)線(xiàn)數據接入技術(shù)，對傳統的DSL（數字用戶(hù)專(zhuān)線(xiàn)，Digital Subscriber Line）和同軸電纜運營(yíng)商形成了真正的威脅。被認為是移動(dòng)WiMAX或WiMAX 1.0的IEEE 802.16e 標準發(fā)布于2005年[2]。2011年3月，WiMAX 2.0即IEEE 802.16m標準發(fā)布，它所支持的數據速率是WiMAX 1.0的數倍。2012年，WiMAX 2.0被正式認定為4G（第四代移動(dòng)通信技術(shù)，the 4 Generation mobile communication）標準[3]。4G技術(shù)是指符合ITU（國際電信聯(lián)盟，International Telecommunication Union）提出的IMT-Advanced（高級國際移動(dòng)通信，International Mobile Telecommunications-Advanced）系統性能要求的技術(shù)，即對低速用戶(hù)下行峰值速率能夠達到1 Gbps，對高速用戶(hù)能夠達到100 Mbps，從而為移動(dòng)用戶(hù)提供高級服務(wù)和應用[4]。
LTE（長(cháng)期演進(jìn)，Long Term Evolution）是由3GPP（第三代合作伙伴計劃，The 3rd Generation Partnership Project）提出的一種通信技術(shù)標準，是TD-SCDMA（時(shí)分同步碼分多址，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）， UMTS（通用移動(dòng)通信系統，Universal Mobile Telecommunications System）和CDMA2000等3G（第三代移動(dòng)通信技術(shù)，3rd-Generation）向4G演進(jìn)的跨越性一步，對數據傳輸速率、系統容量以及延遲有著(zhù)苛刻的要求[5]。2011年，3GPP基于UMTS R10 版本提出的LTE-A（LTE改進(jìn)，LTE-Advanced）也是一種得到業(yè)界認可的4G技術(shù)標準[3]。
LTE和WiMAX這兩種技術(shù)之間雖然有很多的相似之處，但是它們之間的競爭，從它們各自準4G標準的發(fā)布就已經(jīng)開(kāi)始，并持續到4G標準的提出。最終，WiMAX似乎放棄了這場(chǎng)競爭，選擇了在未來(lái)的WiMAX-A（WiMAX 改進(jìn)，WiMAX-Advanced）標準中與LTE技術(shù)相融合。本文討論了這兩種技術(shù)在技術(shù)方面的相似之處和不同點(diǎn)，精確定位到它們各自相對于對方的優(yōu)勢所在，同時(shí)也探討了影響這兩種技術(shù)發(fā)展的諸如政策、歷史及經(jīng)濟等非技術(shù)類(lèi)因素。最后，本文結合當前LTE和WiMAX技術(shù)未來(lái)的發(fā)展計劃，對這兩種技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，并對WiMAX技術(shù)的可替代性進(jìn)行了討論。
本文剩下的部分由以下章節組成：第二節展示了LTE和WiMAX技術(shù)的演進(jìn)；第三節展示了這兩種技術(shù)的顯著(zhù)特征；第四節討論了這兩種技術(shù)之間的關(guān)鍵技術(shù)差異；第五節討論了一些影響彼此發(fā)展的非技術(shù)因素；第六節討論了這兩種技術(shù)的未來(lái)；最后一節為本文總結。
2 標準的演進(jìn)
圖1展示了LTE和WiMAX技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程.lTE技術(shù)起源于電信運營(yíng)商、3GPP協(xié)會(huì )和3GPP2（第三代合作伙伴計劃2，3rd Generation Partnership Project 2）協(xié)會(huì )所倡導第1、2、3代移動(dòng)通信技術(shù)。1G（第1代移動(dòng)通信技術(shù)，First Generation）技術(shù)是以歐洲的TACS（全入網(wǎng)通信系統，Total Access Communications System）和AMPS（高級移動(dòng)電話(huà)系統，Advantage Mobile Phone System）為代表的模擬通信系統。2G（第2代移動(dòng)通信技術(shù)，Second Generation）時(shí)代為數字通信時(shí)代，除語(yǔ)音業(yè)務(wù)外，可以傳輸低速的數據業(yè)務(wù)，以GSM（全球移動(dòng)通信系統，Global System for Mobile Communication）和CDMA-ONE通信標準為代表。2.5G階段采用增強型分組交換技術(shù)，例如GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)，General Packet Radio Service）和EDGE（增強型數據速率GSM演進(jìn)技術(shù)，Enhanced Data Rate for GSM Evolution），實(shí)現中等速率數據傳輸，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)仍為電路交換.iMT-2000（國際移動(dòng)電話(huà)系統-2000，International Mobile Telecom System-2000）是由ITU提出的3G系統，與多媒體技術(shù)相結合，能夠處理聲音、圖像、視頻等多種形式數據，能夠提供與物聯(lián)網(wǎng)連接的多種信息服務(wù)。其中WCDMA（寬帶碼分多址，Wideband Code Division Multiple Access）在歐洲和世界其他國家和地區被廣泛采用，CDMA2000（碼分多址2000，Code Division Multiple Access 2000）是主要用于北美的3G技術(shù).wCDMA和CDMA2000都是頻分雙工系統，采用一對頻帶分別用作發(fā)送和接收。第三種3G標準為中國主導的TD-SCDMA，利用時(shí)分雙工技術(shù)實(shí)現數據在同一個(gè)頻段內的發(fā)送和接收。3G系統仍舊采用的是電路交換和分組交換技術(shù)相結合。在增強型3G階段，HSPA（高速分組接入，High-Speed Packet Access）極大提升了WCDMA、TD-SCDMA系統分組數據的傳輸速率；CDMA2000系統也發(fā)展了相應的EV-DO和EV-DV版本，實(shí)現了高速數據業(yè)務(wù)傳輸，并且能同時(shí)在一個(gè)CDMA載頻上能同時(shí)支持話(huà)音和數據。
3GPP R8標準提出了基于OFDM（正交頻分復用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)的全IP的LTE技術(shù)標準，有TDD（時(shí)分雙工，Time Division Duplexing）和FDD（頻分雙工，Frequency Division Duplexing）兩種模式，即TDD-LTE和FDD-LTE。由北美3GPP2主導的UMB（超移動(dòng)寬帶，Ultra Mobile Broadband）是CDMA2000系列標準基于OFDM技術(shù)的演進(jìn)升級版本，最終退出了LTE的標準競爭.tDD-LTE由TD-CDMA演進(jìn)而來(lái)。雖然LTE仍是3G標準，但是它所支持的無(wú)線(xiàn)速率是基本3G系統的數倍，因此LTE又被稱(chēng)為準4G或3.9G，而在商業(yè)上通常稱(chēng)之為4G。
ITU在2003年提出了的IMT-Advanced概念，明確了4G系統架構和總體設計目標，并將2009年10月定為4G技術(shù)規范建議書(shū)的最后提交日期[4].iTU要求IMT-Advanced系統峰值速率達到1Gbps，當終端移動(dòng)速度在500km/h時(shí)能夠達到100Mbps，同時(shí)對分組交換時(shí)延、VoIP（Voice over Internet Protocol）系統效率也提出了更高的要求，此外對頻譜效率尤其是小區覆蓋邊緣區域的頻譜效率有嚴格的要求，以實(shí)現高吞吐率.lTE-A是基于3GPP 2011年發(fā)布的UMTS R10標準，是經(jīng)過(guò)官方認可的滿(mǎn)足IMT-Advanced性能要求的4G標準。
WiMAX是由IEEE系列標準演進(jìn)而來(lái)的一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，例如IEEE802.3以太網(wǎng)標準、IEEE 802.11 WiFi無(wú)線(xiàn)技術(shù)等。早期在城域無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)方面的一些研究都是基于非移動(dòng)的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)。由于系統頻段較高，需采用視距傳播，且容易受到雨、霧等天氣的影響，這些研究大多沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的成果。第一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)標準是2004年發(fā)布的IEEE 802.16d標準[1].iEEE 802.16d標準旨在為固網(wǎng)用戶(hù)提供最后一公里高速率的無(wú)線(xiàn)接入，對傳統的DSL和同軸電纜運營(yíng)商形成了真正的威脅。2005年發(fā)布的IEEE 802.16e標準是移動(dòng)WiMAX或WiMAX 1.0技術(shù)的基礎[2]。在第一個(gè)3G技術(shù)標準誕生許多年后，WiMAX技術(shù)在2007年被正式認定為3G技術(shù)[6]。2011年3月發(fā)布的IEEE 802.16m標準被為認為是WiMAX的2.0版本.iEEE 802.16m對802.16e標準的空中接口進(jìn)行了改進(jìn)，在滿(mǎn)足IMT-Advanced性能要求的同時(shí)，又能與先前的802.16系列標準兼容.wiMAX 2.0所能提供的峰值速率是WiMAX 1.0的數倍，能夠滿(mǎn)足ITU IMT-Advanced系統的性能要求，是另一個(gè)被官方認可的4G技術(shù)標準[4]。實(shí)際上LTE-A和WiMAX 2.0標準都還沒(méi)有最終定型，許多WiMAX技術(shù)倡導者有計劃將WiMAX技術(shù)與LTE-A技術(shù)相融合。如圖1最右邊所示（Beyond 4G/Evolved 4G/Evolved 3G），雙方都制定了未來(lái)的技術(shù)發(fā)展規劃，詳細內容將在下文進(jìn)行探討。
